JVM类加载机制

JVM类加载机制

类加载机制是指.class文件加载到JVM，并形成Class对象的机制，之后应用就可对Class对象进行实例化并调用，类加载机制可在运行时动态加载外部的类、远程网络下载过来的class文件等。除了该动态化的优点外，还可通过JVM的类加载机制来达到类隔离的效果，例如Application Server中通常要避免两个应用的类互相干扰。

JVM将类加载过程划分为三个步骤：装载、链接和初始化。装载和链接过程完成后，即将二进制的字节码转换为Class对象；初始化过程不是加载类时必须触发的，但最迟必须在初次主动使用对象前执行，其所作的动作为给静态变量赋值、调用()等。

整个过程如图3.3所示。

装载(Load)->链接(Link)[校验(Verify)->准备(Prepare)->解析(Resolve)]->初始化(Initialize)

1. 装载（Load）

装载过程负责找到二进制字节码并加载至JVM中，JVM通过类的全限定名（com.bluedavy. HelloWorld）及类加载器（ClassLoaderA实例）完成类的加载，同样，也采用以上两个元素来标识一个被加载了的类：类的全限定名+ClassLoader实例ID。类名的命名方式如下：

对于接口或非数组型的类，其名称即为类名，此种类型的类由所在的ClassLoader负责加载；

对于数组型的类，其名称为"["+（基本类型或L+引用类型类名;），例如byte[] bytes=new byte[512]，该bytes的类名为：[B; Object[] bjects=new Object[10]，objects的类名则为：[Ljava.lang.Object;，数组型类中的元素类型由所在的ClassLoader负责加载，但数组类则由JVM直接创建。

2. 链接（Link）

链接过程负责对二进制字节码的格式进行校验、初始化装载类中的静态变量及解析类中调用的接口、类。

二进制字节码的格式校验遵循Java Class File Format（具体请参见JVM规范）规范，如果格式不符合，则抛出VerifyError；校验过程中如果碰到要引用到其他的接口和类，也会进行加载；如果加载过程失败，则会抛出NoClassDefFoundError。

在完成了校验后，JVM初始化类中的静态变量，并将其值赋为默认值。

最后对类中的所有属性、方法进行验证，以确保其要调用的属性、方法存在，以及具备相应的权限（例如public、private域权限等）。如果这个阶段失败，可能会造成NoSuchMethodError、NoSuchFieldError等错误信息。

3. 初始化（Initialize）

初始化过程即执行类中的静态初始化代码、构造器代码及静态属性的初始化，在以下四种情况下初始化过程会被触发执行：

1）调用了new；

2）反射调用了类中的方法；

3）子类调用了初始化；

4）JVM启动过程中指定的初始化类。

在执行初始化过程之前，首先必须完成链接过程中的校验和准备阶段，解析阶段则不强制。

JVM的类加载通过ClassLoader及其子类来完成，分为Bootstrap ClassLoader、Extension ClassLoader、System ClassLoader及User-Defined ClassLoader。这4种ClassLoader的关系如图3.4所示。

Bootstrap Class Loader----java_home/jre/lib/rt.jar

Extention Class Loader ----java_home/jre/lib/ext/*.jar

System Class Loader    ----classpath

UserDefined Class Loader

1. Bootstrap ClassLoader

Sun JDK采用C++实现了此类，此类并非ClassLoader的子类，在代码中没有办法拿到这个对象，Sun JDK启动时会初始化此ClassLoader，并由ClassLoader完成$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有class文件的加载，jar中包含了Java规范定义的所有接口及实现。

2. Extension ClassLoader

JVM用此ClassLoader来加载扩展功能的一些jar包，例如Sun JDK中目录下有dns工具jar包等，在Sun JDK中ClassLoader对应的类名为ExtClassLoader。

3. System ClassLoader

JVM用此ClassLoader来加载启动参数中指定的Classpath中的jar包及目录，在Sun JDK中ClassLoader对应的类名为AppClassLoader。

例如一段这样的代码：



    

  1. public class ClassLoaderDemo {  
    2. 

  2.  
    3. 

  3.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
    4. 

  4.         System.out.println(ClassLoaderDemo.class.getClassLoader());  
    5. 

  5.         System.out.println(ClassLoaderDemo.class.getClassLoader().getParent());  
    6. 

  6.      System.out.println(ClassLoaderDemo.class.
    7. 

  7. getClassLoader().getParent().getParent());  
    8. 

  8.     }  
    9. 

  9.  
    10. 

  10. } 
    11. 



执行后显示的信息类似如下：




    

  1. (sun.misc.Launcher$AppClassLoader)  
    2. 

  2. (sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)  
    3. 

  3. null 
    4. 



按照上面的描述，就可看到典型的System ClassLoader、Extension ClassLoader，而由于Bootstrap ClassLoader并不是Java中的ClassLoader，因此Extension ClassLoader的parent为null。


4. User-Defined ClassLoader


User-Defined ClassLoader是Java开发人员继承ClassLoader抽象类自行实现的ClassLoader，基于自定义的ClassLoader可用于加载非Classpath中（例如从网络上下载的jar或二进制）的jar及目录、还可以在加载之前对class文件做一些动作，例如解密等。


JVM的ClassLoader采用的是树形结构，除BootstrapClassLoader外，其他的ClassLoader都会有parent ClassLoader，User-Defined ClassLoader默认的parent ClassLoader为System ClassLoader。加载类时通常按照树形结构的原则来进行，也就是说，首先应从parent ClassLoader中尝试进行加载，当parent中无法加载时，应再尝试从System ClassLoader中进行加载，System ClassLoader同样遵循此原则，在找不到的情况下会自动从其parent ClassLoader中进行加载。值得注意的是，由于JVM是采用类名加Classloader的实例来作为Class加载的判断的，因此加载时不采用上面的顺序也是可以的，例如加载时不去parent ClassLoader中寻找，而只在当前的ClassLoader中寻找，会造成树上多个不同的ClassLoader中都加载了某Class，并且这些Class的实例对象都不相同，JVM会保证同一个ClassLoader实例对象中只能加载一次同样名称的Class，因此可借助此来实现类隔离的需求，但有时也会带来困惑，例如ClassCastException。因此在加载类的顺序上要根据需求合理把握，尽量保证从根到最下层的ClassLoader上的Class只加载了一次。


ClassLoader抽象类提供了几个关键的方法：


loadClass


findLoadedClass


findClass


findSystemClass


defineClass


resolveClass


根据上面的描述，在实际的应用中，JVM类加载过程会抛出这样那样的异常，这些情况下掌握各种异常产生的原因是最为重要的，下面来看类加载方面的常见异常。


1. ClassNotFoundException


2. NoClassDefFoundError


3. LinkageError


4. ClassCastException


 


new方法和newInstance方法的区别
newInstance: 弱类型。低效率。只能调用无参构造。
new: 强类型。相对高效。能调用任何public构造。


类加载
在Java中，类装载器把一个类装入Java虚拟机中，要经过三个步骤来完成：装载、链接和初始化，其中链接又可以分成校验、准备和解析三步，除了解析外，其它步骤是严格按照顺序完成的，各个步骤的主要工作如下：
装载：查找和导入类或接口的二进制数据；
链接：执行下面的校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的；
校验：检查导入类或接口的二进制数据的正确性；
准备：给类的静态变量分配并初始化存储空间；
解析：将符号引用转成直接引用；
初始化：激活类的静态变量的初始化Java代码和静态Java代码块。
Class.forName(className)
Class.forName(className)方法，其实调用的方法是Class.forName(className,true,classloader);注意看第2个boolean参数，它表示的意思，在loadClass后必须初始化，我们可以清晰的看到在执行过此方法后，目标对象的 static块代码已经被执行，static参数也已经被初始化。
ClassLoader.loadClass(className)
再看ClassLoader.loadClass(className)方法，其实他调用的方法是ClassLoader.loadClass(className,false);还是注意看第2个 boolean参数，该参数表示目标对象被装载后不进行链接，这就意味这不会去执行该类静态块中间的内容
总述
class.forName()前者除了将类的.class文件加载到jvm中之外，还会对类进行解释，执行类中的static块。
而classLoader只干一件事情，就是将.class文件加载到jvm中，不会执行static中的内容,只有在newInstance才会去执行static块






            

            
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2022-04-01 12:00 
划边逅 
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